126份黄瓜种质资源果实外观品质的遗传多样性分析与筛选

赵陆滟，许俊强，许 彬，吕 霞，张应华*

(1.云南农业大学云南省滇台特色农业产业化工程研究中心，云南昆明 650201；2.中国科学院昆明植物研究所资源植物与生物技术重点实验室，云南昆明 650201；3.云南农业大学园林园艺学院，云南昆明 650201)

黄瓜(L.，2=2=14)属葫芦科黄瓜属，是世界各地广泛种植的一种重要蔬菜，因其具有丰富的营养价值和一定的保健功效而深受广泛消费者的喜爱。近年来，随着人们生活水平的不断提高，对黄瓜安全性和商品质量等性状的要求越来越高，为满足消费者需求，黄瓜品种在不断地更新换代。因此，目前黄瓜育种研究的重要目标是改善果实相关性状，一般包括瓜皮颜色、瓜刺颜色、刺瘤大小、刺瘤稀密、瓜长、瓜横径、瓜把长、瓜肉颜色及单瓜重等性状。根据研究角度不同，可以把黄瓜的果实品质分为3类，分别是外观(商品)品质、营养品质以及风味品质。而果实外观品质性状一直都是黄瓜研究的重点，因为黄瓜的外观品种直接刺激消费者的购买欲望，且直接影响黄瓜的商品价值及经济价值。近几年，有关果实外观品质性状的研究集中于我国部分地区地方品种及已育成的商品种，对野生种、区域适应性极强的本土品种(我国云南、湖北)及国外(欧洲国家) 种质果实性状鉴定及遗传多样性分析的研究较少。笔者以收集的31份云南地方种质、4份省外湖北黄瓜种质和91份国外欧洲国家黄瓜种质为试材，通过温室内小区地块种植对其11个相关农艺性状进行观测，并进行果实性状的遗传变异、相关性、主成分和聚类分析及营养品质综合评价，筛选出综合性状优良的品种，以期为我国今后选择具有优良性状的黄瓜品种提供理论依据。

1 材料与方法

从国内外收集黄瓜种质126份，其中云南省31份(表1)、湖北省4份(表2)及欧洲地区91份(表3)。

表1 云南地方黄瓜种质资源

表2 省外黄瓜种质资源

参试种质资源于2019年4月播种于云南农业大学云南省滇台特色农业产业化工程研究中心蔬菜温室大棚内，每份材料每个小区播种20株，分为2行，株行距25 cm×30 cm，播种前提前置于28 ℃黑暗恒温箱进行催芽，并选择露白萌发的种子进行双粒点播。栽培管理均按黄瓜常规生产种植管理进行。

在盛果期进行果实性状统

表3 欧洲地区黄瓜种质资源

接下表

计，每个材料小区随机选取3～6条达到商品成熟度的正常瓜进行性状调查，包括瓜皮颜色、瓜刺颜色、刺瘤大小、刺瘤稀密、瓜柄长、瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长、瓜肉颜色及单瓜重，调查后进行数据统计分析。性状数据采集和测量方法及标准主要参照李锡香等的《黄瓜种质资源描述规范和数据标准制定的原则和方法》，并结合种植后结果时期的实际生长情况进行。

上述11个农艺性状中，瓜柄长、瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长及单瓜重6个为数量性状，其他5个为质量性状。参照李锡香等的《黄瓜种质资源描述规范和数据标准制定的原则和方法》对11个果实性状进行赋值。在计算遗传多样性指数时，因数量性状统计的数值较多，需对数量性状原数据进行分级处理，即将原数据分成10个等级，1级<-2，中间每级间隔05，10级>+2(为原数据平均值，为原数据标准差)(表4)，质量性状则直接按赋值结果分级。

试验数据采用Excel 2010进行统计整理，计算果实性状的平均值、标准差、变异系数，利用SPSS 17.0计算遗传多样性指数(Shannon-Weaver多样性指数，′)，计算公式：′=-∑ln，其中,为性状第级别内材料份数占总份数的百分比。并采用SPSS 17.0进行相关性及主成分分析。采用DPS 2008进行聚类分析，聚类分析方法采用欧氏距离及离差平方和法选择进行，为消除性状单位不统一对数据分析的影响，故数据转化方式选择标准化转换。

2 结果与分析

由表5可知，在黄瓜果实性状方面，瓜柄长、单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长、瓜皮颜色、瓜刺颜色、刺瘤大小、刺瘤密度和瓜肉颜色的变异系数差异明显，其中刺瘤大小变异系数最大，达83.82%，变异系数最小的为瓜肉颜色，为16.45%。表明这些种质资源刺瘤大小的类型较为丰富，而瓜肉颜色类型较为单一。

表4 数量性状原始数据分级处理

基于126份种质材料的果实性状测定结果计算遗传多样性指数，结果见表6。由表6可知，11个果实性状的平均遗传多样性指数为1.505，不同性状的遗传多样性指数差异较大，其中瓜柄长、单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜皮颜色、瓜把长、瓜刺颜色、刺瘤大小、刺瘤密度10个性状的遗传多样性指数均大于1，瓜横径遗传多样性指数最高，为1.997，而瓜肉颜色的遗传多样性指数小于1，其遗传多样性指数最低，为0.594。可见，数量性状的遗传多样性明显高于质量性状，可能与质量赋值相关，但平均遗传多样性指数较质量性状高，说明该研究中所收集到的种质材料遗传多样性丰富。

表5 黄瓜种质资源果实性状变异分析

表6 黄瓜种质资源果实性状遗传多样性分析

对126份黄瓜种质资源的11个果实性状进行相关性分析，结果见表7。由表7可知，瓜形指数与瓜长、瓜柄长、单瓜重、瓜把长、瓜皮颜色、刺瘤大小和刺瘤密度呈极显著正相关，与瓜横径和瓜刺颜色呈极显著负相关；瓜皮颜色与瓜柄长、瓜长、瓜形指数、瓜把长、刺瘤密度和瓜肉颜色呈极显著正相关，与瓜刺颜色呈极显著负相关。可见，果实在瓜形、瓜色、刺瘤等外观品质方面存在紧密的关联性。在瓜重方面，单瓜重与刺瘤大小呈显著正相关，与瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长呈极显著正相关，与瓜肉颜色呈显著负相关。综上所述，可以通过刺瘤大小、瓜长、瓜横径、瓜形指数和瓜把长等性状选择单瓜重高的材料。

对126个黄瓜种质资源11个果实性状进行主成分分析得到旋转后的因子荷

表7 黄瓜种质资源果实性状的相关性分析

载矩阵，结果见表8。提取初始特征值大于1的前4个主成分(PC1～PC4)，累计贡献率达79.024%。PC1的初始特征值为3.870，贡献率为35.182%，包括瓜柄长、单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长、瓜皮颜色、刺瘤大小、刺瘤密度，其中瓜长载荷最大，因此可把第一因子看作瓜长主分量；PC2的初始特征值为2.362，贡献率为21.472%，包括单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜把长、瓜刺颜色、刺瘤大小、刺瘤密度，其中瓜刺颜色载荷最大，因此可把第二因子看作瓜刺颜色主分量；PC3的初始特征值为1.447，贡献率为13.154%，包括瓜柄长、单瓜重、瓜长、瓜横径、瓜皮颜色、瓜肉颜色，其中瓜横径载荷最大，因此可把第三因子看作瓜横径主分量；PC4的初始特征值为1.014，贡献率为9.216%，包括瓜柄长、单瓜重、瓜长、瓜形指数、瓜把长、瓜刺颜色、刺瘤大小，其中瓜柄长载荷最大，因此可把第四因子看作瓜柄长主分量。综上所述，PC1～PC4共包括11个农艺性状，可作为这些黄瓜种质资源果实外观品质鉴定与评价的主要指标。

表8 黄瓜种质资源果实性状的主成分分析

对236份黄瓜种质资源农艺性状进行聚类分析，结果见图1及表9。以遗传距离14.80为阈值，将126份种质材料分成七大类。

第Ⅰ类包括24份种质，其中18份云南本地种质、5份欧洲种质和1份湖北种质，主要特征为单瓜重较轻，瓜把长较短，瓜较短，瓜条为短棒状或圆筒状，瓜皮多数呈白绿或浅绿，少数绿或乳白，瓜刺多为黑或褐，少数为黄或白，刺瘤多为中或小，少数为大或无，刺瘤密度多为稀，少为中，瓜肉颜色多为白绿，少数为浅绿。

第Ⅱ类包括20份种质，其中12份欧洲种质和8份云南本地种质，主要特征为单瓜重中等，瓜把长中等，瓜长中等，瓜条为圆筒状，瓜皮多数呈白绿或浅绿，少数绿，瓜刺多为白或黑，少数为黄或棕，刺瘤多为小或无，刺瘤密度多为稀，少为中，瓜肉颜色多为白绿，少数为浅绿。

第Ⅲ类包括18份种质，其中13份欧洲种质、4份云南本地种质和1份湖北种质，主要特征为单瓜重中等，瓜把长中等，瓜较短，瓜条为圆筒状，瓜皮多数呈绿或浅绿，少数白绿，瓜刺多为黑，少数为褐，刺瘤多为小或中，少数为大，刺瘤密度多为稀，少为中，瓜肉颜色均为白绿。

第Ⅳ类包括24份种质，其中21份欧洲种质、2份湖北种质和1份云南本地种质，主要特征为单瓜重中等，瓜把长中等，瓜较短，瓜条为短棒状、圆筒状或短卵形，瓜皮从白绿到深绿均有，瓜刺多为白，少数为黄、黑或无，刺瘤多为中，少数为大、小或无，刺瘤密度多为中，少为稀或密，瓜肉颜色均为白绿，少数为白。

第Ⅴ类包括23份种质，全部来自欧洲，均为水果黄瓜，主要特征为单瓜重较轻，瓜把较短，瓜较短，瓜条为短棒状或圆筒状，瓜皮多为绿，少数为深绿，瓜刺多为白或无，刺瘤多为无，少数为小，刺瘤密度多为无或稀，少为中，瓜肉颜色多为浅绿，少数为白绿。

第Ⅵ类包括9份种质，全部来自欧洲，均为华北型黄瓜，主要特征为单瓜重中等，瓜把较长，瓜较长，瓜条细长，呈棍棒形，瓜皮均为深绿，瓜刺多为白，少数为黄，刺瘤多为大，少数为中或小，刺瘤密度多为密，少为中，果肉颜色均为白绿。

第Ⅶ类包括8份种质，全部来自欧洲，主要特征为单瓜重较重，瓜把长中等，瓜较长，瓜条为长棒状，瓜皮多为深绿，少数为浅绿，瓜刺多为白，少数为黑，刺瘤多为小，少数为中，刺瘤密度多为中或稀，少为密，瓜肉颜色多为白绿，少数为浅绿。

综上所述，七大类群黄瓜种质资源的质量性状和数量性状间存在显著差异。其中，第Ⅰ类和Ⅱ类，含有白皮种质，可用来选育白皮品种(图2A)；第Ⅴ类，都为水果黄瓜，单性结实率高，具有较高的丰产潜力，在育种中可以筛选作为母本材料，也可用来选育口感好和瓜面光滑的品种(图2C)；第Ⅵ类和Ⅶ类，瓜大，单性结实率高，具有较高的丰产潜力，在育种中可以筛选为大瓜型亲本材料(图2D)。

表9 7个类群数量性状的平均值

3 讨论与结论

种质资源是植物育种的基本物质材料和所有植物改良的基础，广泛搜集各地种质资源，并对其农艺性状进行观察和检测分析，进一步了解农艺性状的多样性，可为新品种的培育提供指导。而植物育种工作的基础是种质资源的遗传多样性，植物遗传多样性研究对种质资源的搜集、保存、评价和利用均具有十分重要的意义。该研究发现，126份黄瓜种质资源具有丰富的表型遗传变异性，其中刺瘤大小变异系数最大，瓜肉颜色变异系数最小。遗传多样性指数以瓜横径最高，瓜肉颜色最低。总体而言，126份种质的质量性状变异系数大于数量性状。与郭元元等的研究结果一致，与钟金仙等的研究结果相反。可能是供试材料来源、数据采集方式及统计方法不同所致。但该研究发现126份黄瓜种质数量性状的遗传多样性明显高于质量性状，与李锡香、曹齐卫等、郭元元等的研究结果一致，说明质量性状受环境影响小，定向选择效果明显。可见，126份黄瓜种质资源的11个主要果实外观品质性状均具有较大的选择潜力，可用于品种改良及拓宽黄瓜种质资源遗传背景。

图1 黄瓜种质资源果实性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis of fruit traits of cucumber germplasm resources

图 2 黄瓜主要种质资源果实性状聚类分析优良种质筛选Fig.2 Screening of good germplasm by cluster analysis of fruit traits of cucumber germplasm resources

对126份黄瓜种质资源的11个果实性状进行相关性分析发现，瓜形指数与瓜长、瓜柄长、单瓜重、瓜把长、瓜皮颜色、刺瘤大小和刺瘤密度呈极显著正相关，与瓜横径和瓜刺颜色呈极显著负相关，瓜皮颜色与瓜柄长、瓜长、瓜形指数、瓜把长、刺瘤密度和瓜肉颜色呈极显著正相关，与瓜刺颜色呈极显著负相关。说明可以通过瓜长、瓜柄长、瓜形指数、单瓜重、瓜把长、瓜皮颜色、刺瘤大小和刺瘤密度来进行瓜形、瓜色的改良。单瓜重与刺瘤大小呈显著正相关，与瓜长、瓜横径、瓜形指数、瓜把长呈极显著正相关，与果肉颜色呈显著负相关。与闫立英等、何欢乐等、曹齐卫等、郭元元等的研究结果一致，说明选用不同的种质材料以及在不同的种植环境条件下，单果重、瓜横径、瓜长、瓜形指数及瓜把长对于产量的影响具有一定的相似性。综上所述，果实在瓜形、瓜色、刺瘤等外观品质方面存在紧密的关联性，且可以通过刺瘤大小、瓜长、瓜横径、瓜形指数和瓜把长等性状选择单瓜重高的材料。因此，在今后黄瓜高产育种中，可以将瓜形、瓜色、刺瘤及单果重等作为主要的参考性状。

主成分分析一般指在尽可能保留原有的信息前提下，采用较少且彼此独立不相关的指标替代原有较多且彼此相关的指标，从而精简多指标分析，有利于提高育种水平。近几年，关于作物的主成分分析已有大量的报道。该研究通过主成分分析将11个性状综合为4个独立的主成分，累计贡献率达79.024%，可反映黄瓜果实性状的绝大部分遗传信息，其中第一因子是瓜长主分量，第二因子是瓜刺颜色主分量，第三因子是瓜横径主分量，第四因子是瓜柄长主分量，为黄瓜果实性状的分析提供有利的依据。

聚类分析可通过分析不同目标性状以及不同种质资源之间的关系，进一步了解种质资源的亲缘性，为育种方案的设定提供一定的理论依据。近年来，不少研究者在不同作物上运用了聚类分析，如绿豆、番茄、辣椒、李等作物上已有应用。该研究将126份黄瓜种质材料分成七大类(Ⅰ～Ⅶ)，其中，第Ⅰ类和Ⅱ类，含有瓜皮为白色的种质，可用来选育白皮品种，第Ⅴ类均为水果型黄瓜，单性结实率高，具有较高的丰产潜力，在育种中可以筛选作为母本材料，也可用来选育口感好和瓜面光滑的品种；第Ⅵ类和Ⅶ类，瓜条大，单性结实率高，具有较高的丰产潜力，在育种中可以筛选为很好的大瓜型亲本材料，整体而言，不同类群的质量性状和数量性状均存在明显差异，虽然少部分来源于同一地区的种质资源分布在不同类群，但大部分种质的聚类结果与种质来源区域相关。上述结果与郭元元等的研究结果一致，与张占军等的研究结果存在差异，可能是由于供试材料数量、检测性状及其采集来源不同导致。 由于果实性状表型鉴定易受生长环境、生态区域、土壤、田间管理及采收等因素的影响，因此，还应结合DNA分子鉴定等方法以及多季多点的研究方法对126份种质资源黄瓜品种进行鉴定，这样对种质资源的鉴定评价才会更加全面系统。并有效利用全基因组关联分析(GWAS,Genome-wide association study)分析，发掘优良的果实外观品质性状基因，通过全基因组分子筛选进行种质资源创新、优良新品种选育和应用等。

综上所述，126份黄瓜资源总体遗传多样性高，主要黄瓜外观品质性状遗传变异丰富，选择育种潜力巨大。